CN108879318B - 一种半导体激光器封装结构及其焊接方法 - Google Patents

一种半导体激光器封装结构及其焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108879318B
CN108879318B CN201810710878.2A CN201810710878A CN108879318B CN 108879318 B CN108879318 B CN 108879318B CN 201810710878 A CN201810710878 A CN 201810710878A CN 108879318 B CN108879318 B CN 108879318B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
circular seat
circular
shaped support
sleeve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810710878.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108879318A (zh
Inventor
李秋
苏辉
苏婷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujian ZK Litecore Ltd
Original Assignee
Fujian ZK Litecore Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujian ZK Litecore Ltd filed Critical Fujian ZK Litecore Ltd
Priority to CN201810710878.2A priority Critical patent/CN108879318B/zh
Publication of CN108879318A publication Critical patent/CN108879318A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108879318B publication Critical patent/CN108879318B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • H01S5/02326—Arrangements for relative positioning of laser diodes and optical components, e.g. grooves in the mount to fix optical fibres or lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

本发明涉及一种半导体激光器封装结构及其焊接方法，包括L形支座，所述L形支座的横向板上安装有陶瓷基板，所述陶瓷基板上安装有激光器芯片，所述L形支座的竖向板上开设有位于激光器芯片后方的通光孔，激光器芯片的发光端朝向通光孔；L形支座的竖向板后侧设置有圆形座套，圆形座套前端伸入通光孔中，并且圆形座套前端内部设置有透镜，圆形座套后方设置有伸入圆形座套中的陶瓷插芯，陶瓷插芯连接于一单模光纤前端，单模光纤后端连接有连接器。本发明半导体激光器封装结构只使用一个透镜，结构简单，焊接部件比较少，简化工艺，降低制造难度，减少制造偏差，可以达到70%以上的耦合效率，工作效率比使用双透镜组提高20%以上。

Description

一种半导体激光器封装结构及其焊接方法
技术领域
本发明涉及一种半导体激光器封装结构及其焊接方法。
背景技术
在光纤通信领域，激光器芯片与光纤之间的耦合效率是影响信号传输能力与保真度的最重要因素。
激光芯片发出的光信号进入光纤主要有两种耦合方式：直接耦合和透镜耦合，其中透镜耦合又分单透镜和双透镜耦合；采用激光芯片与光纤端面直接耦合的方式，牵涉到激光芯片的模场特性，激光芯片的近场发光宽度以及发射波长，因此其最大耦合效率不会超过20%；透镜耦合方式通过在激光器芯片和光纤之间放上凸透镜、自聚焦透镜或柱面透镜来提高耦合效率，可以使用单个透镜，也可以使用透镜组，单透镜相对多透镜组结构简单，少了一些中间环节，成本相对低，但是耦合效率会偏低，单透镜在40%到60%，使用透镜组最高的可以达到在80%以上；综合以上，使用透镜耦合方式比直接耦合方式可以获得更大的耦合效率；光纤耦合时，需要对芯片和光纤各组件进行固定连接，固定连接选取的方法既要能得到相对较高的耦合效率，作业过程又能相对简便，易于安装和调试，以便产品能批量生产。
对于一般有源单模光纤激光器的光发送器件，一旦光路耦合固定好，便不允许有大的偏差，按照计算，在光纤水平面上位移1um，则耦合效率下降到原来的70-80%；激光器封装制造过程中的连接固定方法主要分激光焊接，焊剂（使用锌等）普通焊接以及环氧树脂粘接；使用焊剂焊接，受热区域大，焊点位置不确定，焊剂物料不能精确控制；若采用环氧树脂胶粘的方法固定光纤和各种复杂结构的组件，成本低，表面应力分布均匀，但是在粘结固化过程种，各种组件会发生位移，从而影响耦合效率；而采用激光焊接，能量密度高，焊点位置精确，热应力小，可重复性，易于自动化，因此激光焊接已经广泛应用与光纤器件的连接上。
目前激光器耦合焊接过程，若要达到60%或者以上的效率，一般选择透镜组耦合，使用2个或者以上的透镜进行耦合，在此过程中，既要对2个透镜之间距离进行定位固定，还要对透镜组和芯片的位置进行定位固定，最终要对激光器芯片和光纤的位置进行定位，工艺复杂，耗件多，各种组件间稍有偏差，最终结果都难以调整。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构简单，焊接部件比较少，生产效率高的半导体激光器封装结构及其焊接方法。
本发明采用以下方案实现：一种半导体激光器封装结构，包括L形支座，所述L形支座的横向板上安装有陶瓷基板，所述陶瓷基板上安装有激光器芯片，所述L形支座的竖向板上开设有位于激光器芯片后方的通光孔，激光器芯片的发光端朝向通光孔；L形支座的竖向板后侧设置有圆形座套，圆形座套前端伸入通光孔中，并且圆形座套前端内部设置有透镜，圆形座套后方设置有伸入圆形座套中的陶瓷插芯，陶瓷插芯连接于一单模光纤前端，单模光纤后端连接有连接器。
进一步的，所述陶瓷插芯上外套有金属套，所述金属套上外套有光纤保护套，光纤保护套前端顶着圆形座套后端面；所述圆形座套上外套有圆形护套，圆形护套前端顶着L形支座的竖向板后侧面，圆形护套后端顶着圆形座套后端环形部的环形端面上。
本发明另一技术方案：一种如上所述半导体激光器封装结构的焊接方法，包括以下步骤：（1）将激光器芯片安装到陶瓷基板表面上，然后把陶瓷基板固定安装到L形支座上形成激光器组件；（2）将激光器组件安装在自动激光焊接机下部平台上，激光器组件中L形支座的通光孔朝上；（3）将透镜粘固在圆形座套中，然后将圆形座套安装到自动激光焊接机上部夹具上；（4）先粗对准找到激光器芯片和透镜的中心位置，然后圆形座套下降到靠近激光器组件的位置，在圆形座套上套上圆形护套，圆形护套下端面贴着激光器组件的L形支座上侧面，然后圆形座套再下降一定高度使其下端伸入激光器组件的通光孔中，同时对激光器芯片和透镜的中心位置进行精对准，然后将圆形座套和圆形护套焊接固定在一起，圆形护套和激光器组件的L形支座焊接在一起形成激光器透镜组件，然后自动激光焊接机上部夹具松开；（5）在单模光纤的两端分别连接上陶瓷插芯和连接器，陶瓷插芯套上金属套形成光纤组件，然后将光纤组件安装到自动激光焊接机上部夹具上，自动激光焊接机上部夹具夹住光纤组件的金属套；（6）先粗对准找到激光器芯片和单模光纤的相对位置，然后光纤组件下降到靠近激光器透镜组件的位置，在金属套上套上光纤保护套，光纤保护套下端面贴着激光器透镜组件的圆形座套上端面，然后光纤组件再下降一定高度使带金属套的陶瓷插芯部分伸入到圆形座套中，同时对激光器芯片和单模光纤的相对位置进行精对准耦合，然后将光纤组件的金属套和光纤保护套焊接固定在一起，光纤保护套和激光器透镜组件的圆形座套上端面焊接在一起。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明半导体激光器封装结构只使用一个透镜，结构简单，焊接部件比较少，简化工艺，可以使用同一款焊接机上进行，降低制造难度，降低制造成本，减少制造偏差，可以达到70%以上的耦合效率，工作效率比使用双透镜组提高20%以上。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例封装结构示意图；
图2是本发明实施例焊接方法步骤（1）激光器组件构造示意图；
图3是本发明实施例焊接方法步骤（4）激光器透镜组件构造示意图；
图4是本发明实施例焊接方法步骤（5）光纤组件构造示意图；
图中标号说明：100-L形支座、110-通光孔、200-陶瓷基板、300-激光器芯片、400-圆形座套、410-透镜、500-陶瓷插芯、510-金属套、600-单模光纤、700-连接器、800-光纤保护套、900-圆形护套。
具体实施方式
如图1所示，一种半导体激光器封装结构，包括L形支座100，所述L形支座100的横向板上安装有陶瓷基板200，所述陶瓷基板200上安装有激光器芯片300，激光器芯片300为半导体激光器芯片，所述L形支座100的竖向板上开设有位于激光器芯片后方的通光孔110，激光器芯片300的发光端朝向通光孔；L形支座的竖向板后侧设置有圆形座套400，圆形座套100前端伸入通光孔中，并且圆形座套400前端内部设置有透镜410，圆形座套后方设置有伸入圆形座套中的陶瓷插芯500，陶瓷插芯500连接于一单模光纤600前端，单模光纤后端连接有连接器700，本发明半导体激光器封装结构只使用一个透镜，结构简单，焊接部件比较少，简化工艺，可以使用同一款焊接机上进行，降低制造难度，降低制造成本，减少制造偏差，可以达到70%以上的耦合效率，工作效率比使用双透镜组提高20%以上。
在本实施例中，所述陶瓷插芯500上外套有金属套510，金属套起到对陶瓷插芯500的保护作用，金属套可以采用不锈钢、铜、铁等；所述金属套上外套有光纤保护套800，光纤保护套前端顶着圆形座套后端面；所述圆形座套上外套有圆形护套900，圆形护套前端顶着L形支座的竖向板后侧面，圆形护套后端顶着圆形座套后端环形部的环形端面上，一台焊接机在5分钟左右可以完成整个封装结构的焊接过程，在降低封装制造成本的情况下，可以有效提高激光器封装的工作效率。
一种如上所述半导体激光器封装结构的焊接方法，包括以下步骤：（1）将激光器芯片安装到陶瓷基板表面上，然后把陶瓷基板通过共晶方法安装到L形支座上形成激光器组件，如图2所示；（2）将激光器组件安装在自动激光焊接机下部平台上，激光器组件中L形支座的通光孔朝上；（3）将透镜粘固在圆形座套中，然后将圆形座套安装到自动激光焊接机上部夹具上；（4）先粗对准找到激光器芯片和透镜的中心位置，然后圆形座套下降到靠近激光器组件的位置，在圆形座套上套上圆形护套，圆形护套下端面贴着激光器组件的L形支座上侧面，然后圆形座套再下降一定高度使其下端伸入激光器组件的通光孔中，同时对激光器芯片和透镜的中心位置进行精对准，然后将圆形座套和圆形护套焊接固定在一起，圆形护套和激光器组件的L形支座焊接在一起形成激光器透镜组件，如图3所示，然后自动激光焊接机上部夹具松开；（5）在单模光纤的两端分别连接上陶瓷插芯和连接器，陶瓷插芯套上金属套形成光纤组件，如图4所示，然后将光纤组件安装到自动激光焊接机上部夹具上，自动激光焊接机上部夹具夹住光纤组件的金属套；（6）先粗对准找到激光器芯片和单模光纤的相对位置，然后光纤组件下降到靠近激光器透镜组件的位置，在金属套上套上光纤保护套，光纤保护套下端面贴着激光器透镜组件的圆形座套上端面，然后光纤组件再下降一定高度使带金属套的陶瓷插芯部分伸入到圆形座套中，同时对激光器芯片和单模光纤的相对位置进行精对准耦合，然后将光纤组件的金属套和光纤保护套焊接固定在一起，光纤保护套和激光器透镜组件的圆形座套上端面焊接在一起。
在本实施例中，步骤（1）中陶瓷基板是通过共晶方法固定在L形支座上，共晶方法就是使陶瓷基板和L形支座两者的接触面熔化，然后冷却后固定在一起。
采用进口的自动化激光焊接机，稳定的亚微米移动平台以及高效的算法是自动激光焊接机的关键，首先进行粗对准，实现功率从无到有的过程，大致找到光纤和激光器芯片的相对位置；而后进行精对准，以找到激光器芯片的最大功率为目标，此过程中，固定激光器芯片的平台会按照要求沿着XY二个方向或者XYZ三个方向或进行螺旋式查找，机台软件会记录下此过程中的最大功率的坐标进行定位，在找到最大功率后，按照一定的步骤进行焊接，完成封装工艺中最重要的工序。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种半导体激光器封装结构，其特征在于：包括L形支座，所述L形支座的横向板上安装有陶瓷基板，所述陶瓷基板上安装有激光器芯片，所述L形支座的竖向板上开设有位于激光器芯片后方的通光孔，激光器芯片的发光端朝向通光孔；L形支座的竖向板后侧设置有圆形座套，圆形座套前端伸入通光孔中，并且圆形座套前端内部设置有透镜，圆形座套后方设置有伸入圆形座套中的陶瓷插芯，陶瓷插芯连接于一单模光纤前端，单模光纤后端连接有连接器；所述陶瓷插芯上外套有金属套，所述金属套上外套有光纤保护套，光纤保护套前端顶着圆形座套后端面；所述圆形座套上外套有圆形护套，圆形护套前端顶着L形支座的竖向板后侧面，圆形护套后端顶着圆形座套后端环形部的环形端面上；圆形座套和圆形护套焊接固定在一起，圆形护套和L形支座焊接在一起。
2.一种如权利要求1所述半导体激光器封装结构的焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将激光器芯片安装到陶瓷基板表面上，然后把陶瓷基板固定安装到L形支座上形成激光器组件；（2）将激光器组件安装在自动激光焊接机下部平台上，激光器组件中L形支座的通光孔朝上；（3）将透镜粘固在圆形座套中，然后将圆形座套安装到自动激光焊接机上部夹具上；（4）先粗对准找到激光器芯片和透镜的中心位置，然后圆形座套下降到靠近激光器组件的位置，在圆形座套上套上圆形护套，圆形护套下端面贴着激光器组件的L形支座上侧面，然后圆形座套再下降一定高度使其下端伸入激光器组件的通光孔中，同时对激光器芯片和透镜的中心位置进行精对准，然后将圆形座套和圆形护套焊接固定在一起，圆形护套和激光器组件的L形支座焊接在一起形成激光器透镜组件，然后自动激光焊接机上部夹具松开；（5）在单模光纤的两端分别连接上陶瓷插芯和连接器，陶瓷插芯套上金属套形成光纤组件，然后将光纤组件安装到自动激光焊接机上部夹具上，自动激光焊接机上部夹具夹住光纤组件的金属套；（6）先粗对准找到激光器芯片和单模光纤的相对位置，然后光纤组件下降到靠近激光器透镜组件的位置，在金属套上套上光纤保护套，光纤保护套下端面贴着激光器透镜组件的圆形座套上端面，然后光纤组件再下降一定高度使带金属套的陶瓷插芯部分伸入到圆形座套中，同时对激光器芯片和单模光纤的相对位置进行精对准耦合，然后将光纤组件的金属套和光纤保护套焊接固定在一起，光纤保护套和激光器透镜组件的圆形座套上端面焊接在一起。
CN201810710878.2A 2018-07-03 2018-07-03 一种半导体激光器封装结构及其焊接方法 Active CN108879318B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810710878.2A CN108879318B (zh) 2018-07-03 2018-07-03 一种半导体激光器封装结构及其焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810710878.2A CN108879318B (zh) 2018-07-03 2018-07-03 一种半导体激光器封装结构及其焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108879318A CN108879318A (zh) 2018-11-23
CN108879318B true CN108879318B (zh) 2020-05-19

Family

ID=64296654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810710878.2A Active CN108879318B (zh) 2018-07-03 2018-07-03 一种半导体激光器封装结构及其焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108879318B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111786254B (zh) * 2020-07-15 2021-08-31 中南大学 基于光斑检测的阵列半导体激光器反射镜耦合装置和方法
CN114614338B (zh) * 2022-02-24 2023-06-27 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种高可靠性的激光器输出光纤封装结构
CN115236801B (zh) * 2022-09-08 2022-12-27 成都光创联科技有限公司 一种光器件耦合控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10173207A (ja) * 1996-10-11 1998-06-26 Sharp Corp 光送受信モジュール
CN2687910Y (zh) * 2003-10-30 2005-03-23 武汉电信器件有限公司 一种同轴插拔式激光器焦距自由可调器件
CN103944062A (zh) * 2014-04-29 2014-07-23 鞍山创鑫激光技术有限公司 一种单芯片光纤耦合输出的半导体激光器
CN206533027U (zh) * 2017-03-03 2017-09-29 大连藏龙光电子科技有限公司 一种10g小型化eml激光器的封装结构

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005165088A (ja) * 2003-12-04 2005-06-23 Nec Compound Semiconductor Devices Ltd 光半導体装置
CN2710219Y (zh) * 2004-06-08 2005-07-13 深圳飞通光电股份有限公司 Dfb激光器组件

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10173207A (ja) * 1996-10-11 1998-06-26 Sharp Corp 光送受信モジュール
CN2687910Y (zh) * 2003-10-30 2005-03-23 武汉电信器件有限公司 一种同轴插拔式激光器焦距自由可调器件
CN103944062A (zh) * 2014-04-29 2014-07-23 鞍山创鑫激光技术有限公司 一种单芯片光纤耦合输出的半导体激光器
CN206533027U (zh) * 2017-03-03 2017-09-29 大连藏龙光电子科技有限公司 一种10g小型化eml激光器的封装结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN108879318A (zh) 2018-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR970004848B1 (ko) 피그테일형광모듈의 제조방법
CN108879318B (zh) 一种半导体激光器封装结构及其焊接方法
EP1151454B1 (en) An optoelectronic assembly
EP1151339B1 (en) Method for constructing an optoelectronic assembly
US6659659B1 (en) High-speed optical sub-assembly utilizing ceramic substrate, direct coupling and laser welding
CN101226261A (zh) 光纤与面型光电芯片的耦合方法及其结构
CN106054326A (zh) 光电子器件的耦合固定装置
CN109358398B (zh) 一种光模块、光模块发射光器件及其制备方法
CA2473464A1 (en) Method to diffract and attenuate an optical signal
US7093986B2 (en) Low cost optical module
KR101164377B1 (ko) 집적형 두 파장 광 송신 모듈
US6999494B2 (en) Packaging and passive alignment of microlens and molded receptacle
US20020141707A1 (en) Small-formed optical module with optical waveguide
US6733188B2 (en) Optical alignment in a fiber optic transceiver
KR101118841B1 (ko) 집적형 두 파장 광 송신 모듈
US6747819B1 (en) Optoelectronic assembly
KR100551548B1 (ko) 수동정렬 통합형 오에스에이 모듈 및 그 제조방법
KR100583651B1 (ko) 광송신 모듈의 패키징 방법
US20030161367A1 (en) Opto-electrical module packaging
JPH02115810A (ja) 光モジュール及びその製造方法
KR20020077078A (ko) 광도파로가 구비된 소형형상요소형 광모듈
KR960013958B1 (ko) 광통신용 고속 수광모듈 제작방법
KR101551932B1 (ko) 수동 정렬을 위한 광학 소자 및 정렬 방법
KR100194585B1 (ko) 레이저웰딩을 이용한 고속 광통신용 송신모듈의 제작방법
KR100601033B1 (ko) 수동정렬형 오에스에이 모듈

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant